数学的analysis_spatialgeometry-法線ベクトルと勾配の関係

法線ベクトルと勾配の関係

まず、結論を出します。表面の法線ベクトルは三項関数の勾配であり、曲線の法線ベクトルは二項関数の勾配です。

w = F(x、y、z)w = F(x、y、z) w=F x およびz は三項関数w = 0 w = 0w=0は輪郭面(曲面)を意味し、その2つの辺は完全に微分されて∂F∂xdx+∂F∂ydy+∂F∂zdz= 0 \ dfrac {\ partial F} {\ partial x} dx + \ dfrac {\部分F} {\部分y} dy + \ dfrac {\部分F} {\部分z} dz = 0XFd x+YFd y+ZFd z=0はさらに(∂F∂x、∂F∂y、∂F∂z)⋅(dx、dy、dz)= 0(\ dfrac(\ partial F)(\ partial x)、\ dfrac(\部分F} {\ partial y}、\ dfrac {\ partial F} {\ partial z})・(dx、dy、dz)= 0((XFYFZFd x d y d z =0(dx、dy、dz)(dx、dy、dz)であるため、2つのベクトルは互いに直交しています。d x d y d z はサーフェスの接線ベクトルであり、(∂F∂x、∂F∂y、∂F∂z)(\ dfrac {\ partial F} {\ partial x}、\ dfrac {\ partial F} { \ partial y}、\ dfrac {\ partial F} {\ partial z})((XFYFZF)する必要があります表面法線ベクトル、そしてそれはまだw = F(x、y、z)w = F(x、y、z)w=F x およびz 勾配。

勾配は、多変量関数が最も速く変化する方向です(または、勾配は、方向微分が最大になる方向です)。3値関数では、勾配grad wwwwwを指しますzzではなくwが最も変化する方向zが最も変化する方向。

多くの初心者はグラデーションの概念をよく理解しておらず、ここでグラデーションをzzを指していると間違えていますzが最も変化する方向に、曲面を描くと同時に法線ベクトルを描きます。法線ベクトルがzzを指していないことがわかります。zの方向が変わります。
これは、勾配が関数用であり、三項関数が3つの独立変数であり、関数値がwwであるためです。w、したがって卒業生 wwwwwを指しますwが最も変化する方向。

しかし!それが二項関数の場合z = F(x、y)z = F(x、y)=F x y 、その勾配grad zzzzzを指しますzが最も変化する方向、それはz = 0 z = 0としても機能します=0曲線法線ベクトルz = 0 z = 0であるため=0は等高線を意味します)

法線ベクトルは直感的で、勾配は抽象的です。上記の分析から、法線ベクトルと勾配の関係から、勾配をより直感的に理解する必要

があります。バイナリ関数の勾配は、曲線の法線ベクトル(輪郭)です。 )、法線ベクトル2次元で平面上にあるため、勾配も平面上にありますが、バイナリ関数は3次元であり、勾配は関数より1次元低くなります。
三項関数の勾配は曲面(登山面)の法線ベクトルです。法線ベクトルは3次元で空間にあるため、勾配も空間にあります。三項関数は4次元で、勾配は、関数より1次元低くなります。

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転載: blog.csdn.net/weixin_44823313/article/details/108949552